13.7
Скорость химических реакций чувствительна к изменениям температуры. Повышение температуры на 10 градусов Цельсия может ускорить скорость реакции в 3-4 раза, но почему? Закон скорости реакции определяет соотношение между концентрацией исходного вещества и скоростью реакции.
Поскольку концентрация не зависит от температуры, остается только константа скорости, влияющая на скорость реакции в зависимости от температуры. Так, в 1889 году шведский химик Сванте Аррениус пришел к выводу, что температурная зависимость скорости реакции заключена в константе скорости. Константа скорости описывает связь между температурой и кинетическими параметрами, касающимися столкновения, ориентации и энергии активации реагирующих молекул, через уравнение Аррениуса.
A постоянная, называемая коэффициентом Аррениуса или частотным коэффициентом, e экспоненциальный коэффициент, объединяющий энергию активации, измеренную в джоулях на моль, газовую постоянную и температуру в кельвинах. Температурную зависимость параметров можно объяснить с помощью модели столкновений, которая утверждает, что реагирующие молекулы должны сталкиваться с достаточной энергией в правильной ориентации, чтобы инициировать химическую реакцию. Частотный коэффициент состоит из двух составляющих частоты столкновений и коэффициента ориентации.
Частота столкновений это количество столкновений молекул в единицу времени, а коэффициент ориентации описывает вероятность столкновений с благоприятной ориентацией. Тем не менее, только небольшая часть столкновений приводит к реакции. Это связано с тем, что реагирующие молекулы должны преодолеть энергетический барьер, называемый энергией активации, чтобы превратиться в продукты.
Только те молекулы, которые сталкиваются с достаточной кинетической энергией, будут иметь достаточно потенциальной энергии для изгиба, растяжения или разрыва связей, чтобы превратиться в высокоэнергетический промежуточный продукт, называемый переходным состоянием или активированным комплексом. Короткоживущий, нестабильный активированный комплекс теряет энергию, образуя стабильные продукты, общая энергия которых ниже, чем у исходных веществ. Экспоненциальный коэффициент в уравнении Аррениуса представляет собой долю успешных столкновений, приводящих к образованию продуктов.
Повышение температуры влияет как на частотный коэффициент, так и на экспоненциальный коэффициент. При повышенных температурах молекулы движутся быстрее, сильнее и с более высокой тепловой энергией, что приводит к более благоприятным столкновениям. Таким образом, повышение температуры приводит к более высокой частоте и экспоненциальным факторам, ведущим к увеличению константы скорости, что, в свою очередь, приводит к увеличению скорости реакции.
Теория столкновения
Атомы, молекулы или ионы должны столкнуться, прежде чем они смогут взаимодействовать друг с другом. Атомы должны быть близки друг…
Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.